Mecanisme de actiune si de rezistenta ale antibioticelor

Antibioticele care inhiba sinteza proteinelor
– continuare din nr. trecut –

Rezumat
Antibioticele din aceasta categorie – cele mai importante in medicina – sunt aminozidele, macrolidele, tetraciclinele si rifampicina.
Sinteza proteinelor se efectueaza in citoplasma la nivelul ribozomului bacterian. Trebuie deci ca toate aceste molecule sa traverseze peptidoglicanul si diversele membrane pentru a ajunge in citoplasma si pentru a-si atinge tinta: ribozomul.

Modul de actiune a aminozidelor
Aceste antibiotice exercita efecte pleiotropice asupra bacteriei, care conduc la o bactericidie timpurie si puternica.
Sunt molecule de dimensiuni mici care traverseaza in maniera pasiva porii membranei externe a bacteriilor Gram negative si peptidoglicanul bacteriilor Gram pozitive si Gram negative, pentru a se concentra la nivelul membranei citoplasmice. Traversarea membranei citoplasmice este un transport activ care necesita energie si care se efectueaza in doua faze. Prima este lenta, EDP I (energy dependant phase I), si dependenta de gradientul transmembranar al potentialului electric.
Primele molecule de aminozid intra si se fixeaza pe acidul ribonucleic (ARN) ribozomal 16S, constituind subunitatea 30S a ribozomului.
Apare o alterare de interpretare a mesagerului ARN, erori de lectura si deci o productie de proteine anormale. Incorporarea anumitor proteine de acest fel in membrana citoplasmica antreneaza o alterare membranara.
Atunci debuteaza cea de-a doua faza a traversarii membranare a aminozidelor (EDP II). Moleculele intra masiv si rapid prin membrana lezata, se fixeaza in numar mare pe ribozom si blocheaza sinteza proteinelor.
Actiunile combinate de blocaj al sintezelor proteinelor si de alte-rare a membranelor explica actiunea bactericida a aminozidelor.

Modul de actiune a macrolidelor
si a celor din aceeasi grupa
In aceasta categorie sunt regrupate antibiotice cu structuri chimice diferite, dar al caror mod de actiune si spectre de activitate sunt similare: macrolidele, lincozamidele si sinergistinele.
Imposibilitatea lor de a traversa membrana externa a bacililor Gram negativi, din cauza dimensiunii lor mari si a hidrofobicitatii, explica absenta actiunii lor asupra acestor bacterii.
Macrolidele se fixeaza asupra tintei, ARN-ul ribozomal 23S al subunitatii 50S a ribozomului. Siturile de fixare difera usor in functie de molecule, dar mecanismul de actiune este identic. Fixarea macrolidei pe ribozom antreneaza inhibarea elongatiei peptidei in formare.
Lincozamidele actioneaza la fel si aceste 2 clase sunt in general considerate ca bacteriostatice. La doze mari, in special in intracelular, unde aceste antibiotice se concentreaza, moleculele sunt bactericide.
Sinergistinele (sau streptograminele) sunt formate din 2 componente, A si B, care actioneaza in sinergie. Fixarea compusului A favorizeaza fixarea compusului B, ceea ce explica in parte sinergia si efectul care nu mai este bacteriostatic, ci bactericid.

Modul de actiune a tetraciclinelor
Prima etapa de intrare a tetraciclinelor este o difuzie pasiva prin membrana externa a bacteriilor Gram negative fie prin pori, fie direct prin stratul lipidic; ea este urmata de trecerea prin peptidoglican.
Tetraciclinele sunt molecule amfotere, proprietate care le confera posibilitatea de formare a complexelor cu numerosi ioni, dintre care ionii Mg2+. Formarea acestor complexe si un gradient de Ph transmembranar explica patrunderea prin membrana citoplasmica a tetraciclinelor si acumularea lor intracitoplasmica. In citoplasma, tetraciclinele se fixeaza in maniera ireversibila pe subunitatea 30S a ribozomului, impiedicand fixarea unui nou aminoacil-ARNt. Sinteza proteica este deci intrerupta.
Mod de actiune a rifampicinei
Aceasta molecula foarte hidrofoba trece greu prin membrana externa a bacteriilor Gram negative. Evident, asta explica activitatea sa slaba asupra acestor bacterii. Molecula inhiba sinteza proteica intr-o etapa foarte timpurie, apoi apare o inhibitie de transcriere a ADN in mesager ARN. Rifampicina se fixeaza pe o subunitate a polimerazei ARN si ii blocheaza actiunea.

Antibiotice care inhiba functionarea acidului dezoxiribonucleic

Modul de actiune a quinolonelor
Quinolonele sunt antibiotice bactericide care blocheaza replicarea acidului dezoxiribonucleic (ADN). Inainte sa-si atinga tinta, ele traverseaza diverse structuri membranare in mod pasiv.
Se concentreaza in citoplasma, unde ele se leaga de o topo-izomeraza. Topo-izomerazele sunt enzime care modifica topologia ADN-ului bacterian. In cursul ciclului de replicare a ADN-ului, cromozomul bacterian este infasurat, apoi destins. Topo-izomerazele sunt enzime care permit trecerea dintr-o stare in alta. Quinolonele se fixeaza pe complexul ADN-topo-izomeraza inhibandu-i functionarea (figura 1-3).

Bactericidia se explica prin stabilizarea fractiunilor de ADN, care declanseaza fenomenele de autoliza. Cele doua enzime tinte principale sunt ADN-giraza si topo-izomeraza IV.

Modul de actiune al imidazolilor
Difuzia intracelulara este facilitata de greutatea lor moleculara mica. In citoplasma, nitro-imidazolii se leaga de proteinele reductoare, antrenand eliberarea de radicali liberi toxici capabili sa oxideze ADN-ul bacterian si sa-l "taie". Numai bacteriile anaerobe riguroase sunt supuse acestui mecanism.

Modul de actiune a combinatiei sulfamide-trimetoprim
Sulfamidele si trimetoprimul sunt antimetaboliti care intra in competitie cu substratele naturale in sinteza folatilor. Folatii sunt substrate carbonice folosite de bacterie in sinteza acizilor nucleici.
Sulfamidele si trimetoprimul sunt analogii structurali ai acidului paraaminobenzoic (PAB) si respectiv ai dihidrofolatului (DHF). Fabricarea acizilor nucleici angajati in sinteza ADN este diminuata, ceea ce incetineste cresterea bacteriana. Aceste antibiotice sunt bacteriostatice. Combinarea celor doi compusi in cadrul cotrimoxazolului este bactericida. Aceasta se datoreaza sinergiei si activitatii secventiale a acestor molecule in sinteza tetrahidrofolatului (THF) (figura 1-4).

Antibiotice care provoaca distrugerea membranei
citoplasmice
Aceste molecule nu mai prezinta azi un mare interes pe plan clinic, dar mecanismul lor de actiune este diferit de ce am descris mai sus.
Polimixinele, din care cel mai cunoscut reprezentant este colistina, sunt capabile sa distruga membrana citoplasmica dupa ce au dezorganizat membrana externa a bacteriilor Gram negative.

Principalele moduri
de rezistenta a bacteriilor
Cunoasterea mecanismelor de rezistenta si intelegerea lor trebuie sa permita o mai buna utilizare a antibioticelor.
Scopul este simplu:

1. permite in primul rand ca antibioticul sa fie activ asupra bacteriilor implicate in infectii
2. limitarea aparitiei de suse rezistente
3. evitarea aparitiei de noi mecanisme de rezistenta.
4. Am amintit conditiile de acti-vitate a antibioticelor:
5. penetrarea in bacterie
6. sa nu fie inactivate
7. sa se lege de tinta
8. Ne putem imagina principalele mijloace de care dispun bacteriile pentru a rezista la antibiotice:
9. sa nu acumuleze antibioticul
10. inactivarea antibioticului
11. schimbarea tintei.

Rezistenta naturala a unei bacterii
Este o caracteristica specifica unei specii bacteriene, care este impartasita de toate susele normale ale acestei specii.
Definim "fenotipul de sensibilitate" si "fenotipul salbatic".

Rezistenta dobandita
Este o caracteristica a anumitor suse in sanul speciei consi-derate. Aceasta rezistenta rezulta dintr-o modificare genetica prin mutatia sau prin dobandirea de material genetic strain. Recunoasterea acestor rezistente dobandite defineste fenotipurile "rezistente".

Este foarte important sa cunoastem bine rezistentele naturale ale diferitelor specii bacteriene, pentru a intelege rezistentele dobandite.
De asemenea, este important sa definim suportul genetic al rezistentei. Caracterele de rezistenta sunt guvernate de gene care pot, de asemenea, sa fie situate pe cromozom sau pe plasmida. Vorbim de rezistenta de origine cromozomica si de rezistenta de origine plasmidica.
In acest capitol, vom trece in revista principalele mecanisme de rezistenta subliniind, cu ajutorul exemplelor, importanta lor.

Fenomene
de impermeabilitate
Ca un antibiotic sa fie activ, trebuie ca el sa penetreze pana la tinta sa. Aceasta presupune sa fie capabil sa traverseze diverse obstacole puse in calea sa de bacterie.
Aceste obstacole potentiale variaza in functie de localizarea tintei si in functie de tipul bacterian: Gram pozitiv sau Gram negativ. Retinem:

1. capsula
2. membrana externa
3. spatiul periplasmic
4. peptidoglicanul
5. membrana citoplasmica.

Prezenta unei capsule nu este un obstacol la penetrarea antibioticelor.
Cum am mentionat, peptidoglicanul este o retea slaba care nu joaca rol in retentia de substante, se intelege si la antibiotice.
Spatiul periplasmic care separa peptidoglicanul de membrana citoplasmica este o baie lichida unde se pot gasi enzime care pot distruge antibioticele.
Nu vom vorbi, pentru acest mecanism, de descresterea permeabilitatii.
Raman deci cele doua membrane lipidice: membrana externa, cand ea exista, si membrana citoplasmica.

Rolul membranei externe
Antibioticele care actioneaza asupra bacteriilor Gram negative trebuie cel putin sa depaseasca aceasta bariera. Acest dublu strat lipidic este putin permeabil la mo-leculele hidrofile (cum sunt majoritatea antibioticelor).
Canalele care formeaza porinele traverseaza membrana externa; este calea de trecere utilizata de majoritatea antibioticelor. Antibioticele trebuie sa fie suficient hidrofile si de greutate moleculara mica pentru a traversa aceste canale.

Rezistenta naturala
Moleculele hidrofobe ca penicilina G, macrolidele si glicopeptidele nu pot traversa membrana externa: asta explica rezistenta bacililor Gram negativi fata de aceste molecule.
Sensibilitatea mica a Pseudomonas in raport cu ente-robacteriile fata de un mare numar de molecule se datoreaza numarului mult mai redus de aceste canale si permeabilitatii lor slabe. Permeabilitatea membranei externe a unei Pseudomonas aeruginosa este numai 1 % din cea a unui Escherichia coli.

Rezistenta dobandita
Acelasi mecanism este valabil in cazul rezistentelor dobandite. Exemplul clasic este rezistenta P. aeruginosa la imipenem.
Acest tip de rezistenta este legat de diminuarea productiei de porina OprD care formeaza canalele ce lasa sa treaca imipe-nemul.

Rolul membranei citoplasmice
Rezistenta naturala
Am vazut ca aminozidele strabat membrana citoplasmica printr-un mecanism de transport activ ce necesita energie. Energia provine din lantul respiratoriu. Or, bacteriile anaerobe riguroase si bacteriile anaerobe aerotolerante, ca streptococii, nu au, ceea ce explica rezistenta lor naturala fata de aminozide.
Rezistenta dobandita
Exista, de asemenea, rezistente dobandite, prin modificarea sistemelor de transport ale membranei citoplasmice. Este cazul mutantilor rezistenti la fosfomicina prin mutatia cromozomica care sustine cele doua sisteme de transport: glpT si/sau uhp.

– continuare in numarul urmator –